Informática, computadora, y programación Fundamentos de … · 2016. 7. 4. · El modelo de J....

Fundamentos de programación

1Grado en Ingeniería InformáticaGrado en Ingeniería Informática

Grado en Ingeniería del SoftwareGrado en Ingeniería del SoftwareGrado en Ingeniería de ComputadoresGrado en Ingeniería de Computadores

Material de la Prof.ª Mercedes Gómez AlbarránMaterial de la Prof.ª Mercedes Gómez AlbarránVersión revisada y ampliada del material del Prof. Luis Hernández YáñezVersión revisada y ampliada del material del Prof. Luis Hernández Yáñez

Facultad de InformáticaFacultad de InformáticaUniversidad ComplutenseUniversidad Complutense

¿Qué es la Informática? ¿Qué es la Informática?

¿Qué es una computadora?¿Qué es una computadora?

Informática, computadora, y programación

Hardware vs. softwareHardware vs. software

¿En qué consiste la programación de computadoras?¿En qué consiste la programación de computadoras?

PáginaPágina 11Fundamentos de programación: Computadoras y programaciónFundamentos de programación: Computadoras y programación

Ábaco Ábaco –– 2.000 a.c.2.000 a.c.

El sumador de Pascal El sumador de Pascal –– mediados s.XVIImediados s.XVII

La calculadora de G.W. von Leibniz La calculadora de G.W. von Leibniz –– finales s.XVIIfinales s.XVII

El hombre y sus primeros intentos de

procesar la información

La La PascalinaPascalina

(Wikipedia)(Wikipedia)

La máquina de diferencias de Babbage La máquina de diferencias de Babbage –– s.XIXs.XIX

�� El concepto de programa externoEl concepto de programa externo


Lady Ada Lovelace es Lady Ada Lovelace es considerada la primeraconsiderada la primeraprogramadoraprogramadora

Comienza la era de la Informática

19451945

�� El modelo de J. von Neumann: estructura de la computadoraEl modelo de J. von Neumann: estructura de la computadora

�� El concepto de programa internoEl concepto de programa interno

Dispositivos de E/SDispositivos de E/S


C.P.U. (Procesador)C.P.U. (Procesador)

MemoriaMemoria

ALUALUUnidad AritméticoUnidad Aritmético--LógicaLógica

Unidad de ControlUnidad de Control

Algunos hitos en la vida de la Informática

¿Cuándo se crean los primeros lenguajes de programación? ¿cuáles ¿Cuándo se crean los primeros lenguajes de programación? ¿cuáles fueron? ¿Es C++ mayor de edad? ¿Quién es más joven: C++ o Java?fueron? ¿Es C++ mayor de edad? ¿Quién es más joven: C++ o Java?

¿Cuál puede considerarse el primer virus informático?¿Cuál puede considerarse el primer virus informático?

¿Quién surge primero: MS¿Quién surge primero: MS--DOS, Windows, UNIX, Linux, DOS, Windows, UNIX, Linux, AndroidAndroid??


¿Quién surge primero: MS¿Quién surge primero: MS--DOS, Windows, UNIX, Linux, DOS, Windows, UNIX, Linux, AndroidAndroid??

¿Cuándo se crea la WWW?¿Cuándo se crea la WWW?

¿Qué soportes externos conoces: disquete, CD, DVD? ¿Alguno nació ¿Qué soportes externos conoces: disquete, CD, DVD? ¿Alguno nació antes que tú?antes que tú?

¿Quién es Alan ¿Quién es Alan TuringTuring??

Las computadoras están por todas partes

¡Con múltiples formas distintas de un PC!¡Con múltiples formas distintas de un PC!


¿Qué entiende la computadora?

ComputadoraComputadora: Máquina electrónica : Máquina electrónica digitaldigital, dotada de ..., dotada de ...

La computadora manipula información digital: esquema binarioLa computadora manipula información digital: esquema binario


¿Por qué no se usa una representación analógica de la información?¿Por qué no se usa una representación analógica de la información?

¿A qué nos conduce la solución adoptada para evitar el problema ¿A qué nos conduce la solución adoptada para evitar el problema tecnológico?tecnológico?

Lenguaje máquina

a = (b + d)/(c + e)

Pasos�� sumar sumar cc y y ee, y guardar el resultado en una dirección de memoria , y guardar el resultado en una dirección de memoria temporal temporal X X

�� sumar sumar bb yy dd, y guardar el resultado en una dirección de memoria , y guardar el resultado en una dirección de memoria temporal temporal YY

�� dividir el contenido de dividir el contenido de YY por el de por el de XX y guardar en la dirección de y guardar en la dirección de aa


�� dividir el contenido de dividir el contenido de YY por el de por el de XX y guardar en la dirección de y guardar en la dirección de aa

Ejemplo de código máquina�� codigoOp direccOp1 direccOp2 direccRes

0000 00001000 00001100 000011100000 00011000 00011100 000111100101 00011110 00001110 00000100

Código de la división

Direcc. Temporal X

Direcc. Temporal Y

Código de la suma

Lenguaje máquina

�� Lenguaje de programación de bajo nivelLenguaje de programación de bajo nivelNulo nivel de abstracción: los códigos contienen los ceros y unos Nulo nivel de abstracción: los códigos contienen los ceros y unos que gobiernan directamente los circuitos de la CPUque gobiernan directamente los circuitos de la CPU

�� Totalmente dependiente de la máquinaTotalmente dependiente de la máquinaCada familia de procesadores usa sus propios códigos,Cada familia de procesadores usa sus propios códigos,distintos de los de otras familiasdistintos de los de otras familias


�� Programación: muy Programación: muy tediosatediosa

�� Grandes posibilidades de errorGrandes posibilidades de error

Lenguaje ensamblador

�� Lenguaje simbólico con una mínima capacidad de abstracción Lenguaje simbólico con una mínima capacidad de abstracción

�� Nemotécnicos para los códigos que representan Nemotécnicos para los códigos que representan instruccionesinstrucciones

�� Nombres simbólicos para las direcciones de memoriaNombres simbólicos para las direcciones de memoria

a = (b + d)/(c + e)Código fuenteCódigo fuente

(lenguaje ensamblador)(lenguaje ensamblador)


ADD C, E, XADD B, D, YDIV Y, X, A

�� Mayor legibilidadMayor legibilidad

�� ¿Cómo entiende la máquina este código?¿Cómo entiende la máquina este código?

�� Dependiente de la máquinaDependiente de la máquina

Código objetoCódigo objeto(lenguaje máquina)(lenguaje máquina)

(lenguaje ensamblador)(lenguaje ensamblador)

Programa ensambladorPrograma ensamblador

Lenguajes de programación de alto nivel

�� Lenguaje que permite expresar el mecanismo de resolución de Lenguaje que permite expresar el mecanismo de resolución de problemas usando instrucciones independientemente de la problemas usando instrucciones independientemente de la computadoracomputadora

�� Más cercanos a los lenguajes natural y matemáticoMás cercanos a los lenguajes natural y matemático

a = (b + d)/(c + e);

�� Capacidad de abstracciónCapacidad de abstracción

Abstracción procedimentalAbstracción procedimental


�� Abstracción procedimentalAbstracción procedimental

�� Abstracción de datosAbstracción de datos

�� Mayor legibilidad, mayor facilidad de codificaciónMayor legibilidad, mayor facilidad de codificación

�� ¿Cómo conseguir que la computadora “entienda” los programas ¿Cómo conseguir que la computadora “entienda” los programas escritos en lenguajes de alto nivel?escritos en lenguajes de alto nivel?

�� Compiladores e intérpretesCompiladores e intérpretes

BASICBASICBASICBASIC

PythonPython19911991

PythonPython19911991ModulaModula

19751975ModulaModula

19751975

PrologProlog19701970

PrologProlog19701970

C#C#20002000C#C#

20002000

JavaJava19951995JavaJava19951995C++C++

19831983C++C++19831983

PL/IPL/I19641964PL/IPL/I19641964

CC19711971

CC19711971

PascalPascal19701970

PascalPascal19701970

CPLCPL19631963CPLCPL19631963

COBOLCOBOL19591959

COBOLCOBOL19591959

ALGOLALGOL19581958

ALGOLALGOL19581958

FORTRANFORTRAN19541954

FORTRANFORTRAN19541954

Lenguajes de programación de alto nivel


BASICBASIC19641964

BASICBASIC19641964

LogoLogo19681968LogoLogo19681968

RubyRuby19931993RubyRuby19931993

EiffelEiffel19861986EiffelEiffel19861986

Fuente: Fuente: http://www.levenez.com/lang/http://www.levenez.com/lang/

HaskellHaskell19871987

HaskellHaskell19871987

SmalltalkSmalltalk19711971

SmalltalkSmalltalk19711971

SchemeScheme19751975

SchemeScheme19751975

SimulaSimula19641964

SimulaSimula19641964

AdaAda19791979AdaAda19791979

LispLisp19581958LispLisp19581958

El sistema operativoEl sistema operativo

Programas y más programas

Programas de aplicaciónProgramas de aplicación


�� PROGRAMAR PROGRAMAR ESES RESOLVER PROBLEMASRESOLVER PROBLEMAS—— Actividades implicadas en la descripción, el desarrollo y la Actividades implicadas en la descripción, el desarrollo y la

implementación de implementación de soluciones algorítmicas eficaces y eficientessoluciones algorítmicas eficaces y eficientesa a problemas bien especificadosproblemas bien especificados

—— Estado inicial Estado inicial -- Entrada del problema Entrada del problema -- Precondiciones Precondiciones

Datos iniciales y relaciones entre ellosDatos iniciales y relaciones entre ellos

—— Estado final Estado final -- Salida del problema Salida del problema -- PostcondicionesPostcondiciones

Datos finales y relaciones entre ellosDatos finales y relaciones entre ellos

La programación: resolución de problemas

AlgoritmoAlgoritmo

EstadoEstadoinicialinicial

Datos finales y relaciones entre ellosDatos finales y relaciones entre ellos

—— Algoritmo: sistemática que transforma la entrada en la salidaAlgoritmo: sistemática que transforma la entrada en la salida

�� PROGRAMAR PROGRAMAR NO ESNO ES CONOCER LA SINTAXIS DE MUCHOS CONOCER LA SINTAXIS DE MUCHOS LENGUAJES DE PROGRAMACIÓNLENGUAJES DE PROGRAMACIÓN—— Los lenguajes de programación son un medio para expresar Los lenguajes de programación son un medio para expresar

algoritmosalgoritmos

—— Programa: algoritmo expresado en un cierto lenguaje de Programa: algoritmo expresado en un cierto lenguaje de programaciónprogramación


EstadoEstadofinalfinal

El primer problema del montón de fichasEl primer problema del montón de fichas

Supongamos que tenemos una secuencia de fichas, cada una de las cuales tiene escrito el nombre de una persona junto con otros datos personales (fecha de nacimiento, dirección, número de teléfono). Las fichas están ordenadas alfabéticamente por el nombre.

Queremos felicitar por teléfono a los que cumplen años hoy.

¿Cómo detectamos a los cumpleañeros?


¿Cómo detectamos a los cumpleañeros?

�� ¿Cuál es la entrada? ¿Cuál es la entrada?

�� ¿Cuál es la salida? ¿Cuál es la salida?

�� ¿Cuál es el algoritmo?¿Cuál es el algoritmo?

�� ¿Qué lenguaje utilizamos para describir las respuestas a todo lo ¿Qué lenguaje utilizamos para describir las respuestas a todo lo anterior?anterior?


El segundo problema del montón de fichasEl segundo problema del montón de fichas

Supongamos que volvemos a tener la misma secuencia de fichas.

Nos pasan el nombre de una persona a la que hay que felicitar por teléfono.

¿Cómo lo hacemos?







El tercer problema del montón de fichasEl tercer problema del montón de fichas

Supongamos que volvemos a tener la misma secuencia de fichas.

Nos pasan el nombre de una persona y su nuevo número de teléfono.

¿Cómo hacemos el cambio? ¿Y si la persona no está?







El cuarto problema del montón de fichasEl cuarto problema del montón de fichas

De nuevo tenemos la misma secuencia de fichas.

Nos dan una nueva ficha y hay que incorporarla al montón existente sin romper el orden.

¿Cómo averiguamos dónde incorporarla?







El quinto problema del montón de fichasEl quinto problema del montón de fichas

¡Nos han desordenado la secuencia de fichas!

De nuevo nos pasan el nombre de una persona a la que hay que felicitar.

¿Cómo lo hacemos ahora?







El modelo de desarrollo “en cascada”El modelo de desarrollo “en cascada”

DiseñoDiseño

AnálisisAnálisis

PlanificaciónPlanificación Recursos necesarios, presupuesto, plan, …

¿Qué?

¿Cómo?

La ingeniería del software


MantenimientoMantenimiento

Prueba y depuraciónPrueba y depuración

ImplementaciónImplementación

DiseñoDiseño ¿Cómo?

Aplicación

Aplicaciónvalidada

Aplicaciónmodificada

AnálisisAnálisisQuiero 3 habitaciones,Quiero 3 habitaciones,2 baños, garaje, ...2 baños, garaje, ...

¿Qué tiene que hacer ¿Qué tiene que hacer exactamente el software?exactamente el software?

CasaCasa SoftwareSoftware

DiseñoDiseñoPlanos, diseño circuito Planos, diseño circuito eléctrico y de agua, ...eléctrico y de agua, ...

¿Cómo vamos a¿Cómo vamos aorganizar el software?organizar el software?¿Qué hará cada parte?¿Qué hará cada parte?

La ingeniería del software


ImplementaciónImplementaciónSe construye la casa.Se construye la casa. Se construye el software.Se construye el software.

PruebaPruebaSe comprueba la solidez de la Se comprueba la solidez de la

estructura, el funcionamiento de estructura, el funcionamiento de las instalaciones, el acabado, ...las instalaciones, el acabado, ...

Ponemos a prueba nuestro Ponemos a prueba nuestro software, incluso en software, incluso en situaciones límite.situaciones límite.

MantenimientoMantenimientoAlgunas reformas: se cierra Algunas reformas: se cierra

la terraza, se instala aire la terraza, se instala aire acondicionado, ...acondicionado, ...

Pequeñas modificaciones o Pequeñas modificaciones o correcciones, actualizaciones, correcciones, actualizaciones,

etc...etc...

Los lenguajes de programación pueden describirse:Los lenguajes de programación pueden describirse:

�� A nivel sintácticoA nivel sintáctico

—— Descripción de cómo se pueden construir y secuenciar los Descripción de cómo se pueden construir y secuenciar los elementos del lenguajeelementos del lenguaje

—— Es una descripción hecha usando algún formalismo artificialEs una descripción hecha usando algún formalismo artificial

�� A nivel semánticoA nivel semántico

Los aspectos de los lenguajes de programación

—— Descripción del significado de cada elemento del lenguajeDescripción del significado de cada elemento del lenguaje

—— Puede usarse lenguaje natural o expresarse de manera formalPuede usarse lenguaje natural o expresarse de manera formal

�� A nivel pragmáticoA nivel pragmático

—— Descripción de cómo se utiliza el lenguaje de forma prácticaDescripción de cómo se utiliza el lenguaje de forma práctica

—— Lo típico: usar tutoriales y ejemplos de programasLo típico: usar tutoriales y ejemplos de programas

Fundamentos de programación: Computadoras y programaciónFundamentos de programación: Computadoras y programación PáginaPágina 2121

Sintaxis = reglas que especifican y permiten verificar la corrección de las Sintaxis = reglas que especifican y permiten verificar la corrección de las sentencias de un lenguajesentencias de un lenguaje

Formalismos:Formalismos:

�� BNF (BNF (BackusBackus--Naur FormNaur Form))

�� EBNF (EBNF (Extended BackusExtended Backus--Naur FormNaur Form))

�� Diagramas sintácticosDiagramas sintácticos

Sintaxis de los lenguajes de programación


� TERMINAL Símbolo del lenguaje que se está definiendo

� <no terminal> Símbolo que se define en términos de otros(terminales y no terminales)

� Regla de producción Descripción de símbolos no terminales.Parte izquierda: símbolo no terminalParte derecha: combinación de terminales y no terminales; vacío

Sintaxis de los lenguajes de programación: BNF

� Metasímbolos Símbolos del formalismo

::= Equivalencia

| Alternativa


� Reglas BNF para expresar la sintaxis de un número entero positivo en un cierto lenguaje de programación

<numero entero> ::= <signo opcional> <secuencia digitos>

<signo opcional> ::= + | <nada>

<secuencia digitos> ::= <digito> | <digito> <secuencia digitos>

<digito> ::= 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9

+23 +23

1374 1374

1+34 1+34

3.43.4

Sintaxis de los lenguajes de programación: BNF

<digito> ::= 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9

<nada> ::=

� Reglas BNF para expresar la sintaxis de un número entero


3.43.4

002002

Sintaxis de los lenguajes de programación: EBNF

BNF

� TERMINAL

� <no terminal>

� Metasímbolos::= Equivalencia| Alternativa

EBNF

� “terminal”

� No-terminal

� Metasímbolos::= Equivalencia| Alternativa{...} Aparición 0, 1, 2,... veces


� Recursividad

{...} Aparición 0, 1, 2,... veces[...] Opcionalidad(...) Agrupaciones

� Recursividad no permitida

� Coincidencia de metasímbolo con símbolo del lenguaje: el metasímbolo entre comillas simples

� Reglas EBNF para expresar la sintaxis de un número entero positivo en un cierto lenguaje de programación

Numero-entero ::= [Signo] Secuencia-digitos

Signo ::= “+”

Secuencia-digitos ::= Digito {Digito}

Digito ::= “0” | “1” | “2” | “3” | “4” | “5” | “6” | “7” | “8” | “9”

+23 +23

1374 1374

1+34 1+34

3.43.4

Sintaxis de los lenguajes de programación: EBNF

Digito ::= “0” | “1” | “2” | “3” | “4” | “5” | “6” | “7” | “8” | “9”

� Reglas EBNF para expresar la sintaxis de un número entero


3.43.4

002002

Sintaxis de los lenguajes de programación:

diagramas sintácticos

terminal

no terminal

aAlternativa


b

Aparición 0, 1, 2,... veces Opcionalidad

Donde va esto puede ir un terminal, un noterminal, una secuencia de terminales y no terminales,…

+23 +23

1374 1374

1+34 1+34

3.43.4

Sintaxis de los lenguajes de programación:

diagramas sintácticos

+

digitodigito

Nº entero positivo

digito

� Diagramas sintácticos para expresar la sintaxis de un número entero positivo en un cierto lenguaje de programación


3.43.4

002002

1

0

9

digito

…

� Diagramas sintácticos para expresar la sintaxis de un número entero

Licencia CC (Licencia CC (CreativeCreative CommonsCommons))

Este tipo de licencias ofrecen algunos derechos a terceras personas bajo Este tipo de licencias ofrecen algunos derechos a terceras personas bajo ciertas condiciones.ciertas condiciones.

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